一種三維觸覺系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及人機(jī)交互技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種三維觸覺系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)在，虛擬現(xiàn)實(shí)技求不斷發(fā)展，人們可以利用電腦模擬產(chǎn)生一個(gè)三維虛擬空間世界，提供人們關(guān)于視覺、聽覺、觸覺等感官的體驗(yàn)，讓使用者如同身臨其境一般。虛擬現(xiàn)實(shí)是多種技術(shù)的綜和，包括三維計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)，立體顯示技術(shù)，觸覺/力覺反饋技術(shù)，立體聲技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，語(yǔ)音輸入輸出技術(shù)等。
[0003]現(xiàn)在觸覺/力覺反饋技術(shù)或者系統(tǒng)多是對(duì)觸覺的的描述，即在人眼前展不同的形狀或物體，但是人所處的環(huán)境或場(chǎng)景不會(huì)改變，無(wú)法呈現(xiàn)紛繁的世界，不能帶給人類或者其他實(shí)體廣闊的體驗(yàn)。為了解決這個(gè)問題，本發(fā)明提供了一種三維觸覺系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了一種三維觸覺系統(tǒng)，使使用者在一個(gè)不存在的場(chǎng)景中能夠真真切切的看到，并觸摸到場(chǎng)景中的“物體”。
[0005]本發(fā)明為解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下。
[0006]本發(fā)明所提出的一種三維觸覺系統(tǒng)，包括CAD系統(tǒng)、三維成像系統(tǒng)、姿態(tài)探測(cè)系統(tǒng)、多自由度機(jī)械臂系統(tǒng)、觸覺呈現(xiàn)系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)，以及總控制系統(tǒng)一三維成像微處理器，所述姿態(tài)探測(cè)系統(tǒng)、多自由度機(jī)械臂系統(tǒng)、觸覺呈現(xiàn)系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)分別與三維成像微處理器之間通過總線接口連接，三維成像系統(tǒng)與三維成像微處理器之間通過射頻信號(hào)無(wú)線連接。
[0007]本發(fā)明的特征在于，所述CAD系統(tǒng)用與處理三維虛擬空間的建模、碰撞檢驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)，并將信息傳輸給三維成像微處理器。
[0008]本發(fā)明的特征在于，所述三維成像系統(tǒng)接收來(lái)自三維成像微處理器的位置信息和形狀信息，并控制觸控呈現(xiàn)器的活動(dòng)桿伸縮，形成一定形狀。
[0009]本發(fā)明的特征在于，所述三維成像系統(tǒng)包括控制模塊和觸覺呈現(xiàn)器。
[0010]本發(fā)明的特征在于，所述觸覺呈現(xiàn)器包括蒙皮3-1、活動(dòng)桿3-2、引導(dǎo)塊3-3，所述括蒙皮3-1為易變性材料；所述活動(dòng)桿3-2與氣缸或者液壓缸相連；活動(dòng)桿3-2頂端與括蒙皮3-1接觸，活動(dòng)桿3-2頂端可形成一定形狀的包絡(luò)面。
[0011]本發(fā)明的征在于，所述觸覺呈現(xiàn)器的活動(dòng)桿3-2所連接的氣缸或者液壓缸的壓力受三維成像系統(tǒng)的控制模塊控制，并能將壓力轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳輸給控制模塊。
[0012]本發(fā)明的特征在于，所述活動(dòng)桿3-2頂端為球形。
[0013]本發(fā)明的特征在于，所述三維成像系統(tǒng)為頭戴式三維成像儀。
[0014]本發(fā)明的特征在于，所述多自由度機(jī)械臂系統(tǒng)為多自由度機(jī)器人，機(jī)器人手部安裝觸覺呈現(xiàn)系統(tǒng)。
[0015]本發(fā)明的特征在于，所述姿態(tài)探測(cè)系統(tǒng)包括攝像機(jī)，形狀識(shí)別傳感器，位置傳感器，運(yùn)動(dòng)傳感器，其檢測(cè)使用者的移動(dòng)。
[0016]本發(fā)明的特征在于，所述觸覺呈現(xiàn)器的形狀和位置與三維成像系統(tǒng)所在虛擬空間里所成像的形狀和位置重合。
[0017]本發(fā)明的特征在于，所述觸覺呈現(xiàn)器在使用者將要觸碰到虛擬空間里的物體的位置展現(xiàn)該位置的形狀。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的功能原理示意圖。
[0019]圖2為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的功能模塊示意圖。
[0020]圖3為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中的觸覺呈現(xiàn)器的平面狀態(tài)。
[0021]圖4為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中的觸覺呈現(xiàn)器的曲面狀態(tài)。
[0022]圖5為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中的活動(dòng)桿3-2頂端圖。
[0023]圖中:1使用者；2頭戴式三維成像儀；3觸覺呈現(xiàn)器；3_1蒙皮；3_2活動(dòng)桿；3_3引導(dǎo)塊；4虛像；5姿態(tài)探測(cè)系統(tǒng)；6多自由度機(jī)器人。
【具體實(shí)施方式】
[0024]以下結(jié)合附圖描述本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0025]描述本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例:如圖所示，本發(fā)明一種三維觸覺系統(tǒng)包括CAD系統(tǒng)、三維成像系統(tǒng)、姿態(tài)探測(cè)系統(tǒng)、多自由度機(jī)械臂系統(tǒng)、觸覺呈現(xiàn)系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)，以及總控制系統(tǒng)一三維成像微處理器等系統(tǒng)。
[0026]三維成像微處理器將CAD系統(tǒng)的三維信息處理后通過射頻信號(hào)無(wú)線傳輸給三維成像系統(tǒng)，三維成像系統(tǒng)的頭戴式三維成像儀在使用者I的視網(wǎng)膜上投出影像。三維頭戴式成像儀能夠以使用者為參照物呈現(xiàn)三維虛擬影像，比如，在真實(shí)的場(chǎng)景中人(使用者)眼前有一張桌子，并且人能用眼睛看到它，用手觸碰它，對(duì)桌子有一定的距離感，這個(gè)距離感是真實(shí)環(huán)境中所實(shí)實(shí)在在存在于人們的生活中的；將人(使用者)眼前的桌子去掉，此時(shí)人眼前只是與人腳所站立的寬廣平面，之后，人(即使用者)戴上頭戴式三維成像儀2，使用者眼前會(huì)呈現(xiàn)一張?zhí)摂M的桌子(包括其它真實(shí)場(chǎng)景中所出現(xiàn)的一切影像，比如由于光線所產(chǎn)生的人的影子及桌子的影子)，對(duì)于虛擬的桌子，人能用眼睛看到它，并且對(duì)桌子有一定的距離感，但用手去觸摸卻不能觸碰到它。
[0027]使用者根據(jù)自己的意愿及三維影像進(jìn)行動(dòng)作。
[0028]姿態(tài)探測(cè)系統(tǒng)5的探測(cè)器探測(cè)使用者的動(dòng)作，分析其形狀、位置和運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)等信息，并將信息經(jīng)數(shù)據(jù)總線傳輸給三維成像微處理器。
[0029]三維成像微處理器將姿態(tài)探測(cè)系統(tǒng)5傳來(lái)的數(shù)據(jù)與CAD系統(tǒng)比對(duì)、分析，將運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)和位置信息等傳輸給多自由度機(jī)器人6，將形狀和位置等信息傳輸給觸覺呈現(xiàn)器3。
[0030]多自由度機(jī)器人6根據(jù)三維成像微處理器傳來(lái)的數(shù)據(jù)控制自身姿勢(shì)，觸覺呈現(xiàn)器3根據(jù)三維成像微處理器傳來(lái)的形狀和位置等數(shù)據(jù)控制氣缸或液壓缸動(dòng)作，使活動(dòng)桿3-2伸縮移動(dòng)，使蒙皮3-1呈現(xiàn)一定的形狀。這樣觸覺呈現(xiàn)器的蒙皮3-1的形狀和位置與三維成像系統(tǒng)所在虛擬空間里所成像的形狀和位置重合，從而使使用者在一個(gè)不存在的場(chǎng)景里即能看到物體又能真真切切的觸摸到物體。
[0031]以上所述實(shí)例即為觸覺呈現(xiàn)的功能。
[0032]以下介紹本發(fā)明的另一實(shí)例。與上一實(shí)例的不同點(diǎn)在于觸覺呈現(xiàn)器3的變化。
[0033]觸覺呈現(xiàn)器3能夠根據(jù)使用者施加在其上的力改變形狀，根據(jù)力的大小和位置不同形狀也不同，施力物體與觸覺呈現(xiàn)器3接觸的面所掃過的形狀即是觸覺呈現(xiàn)器3的形狀。
[0034]此外，上述實(shí)施方式包含于發(fā)明的范圍以及主旨，并且也包含于權(quán)利要求書中記載的發(fā)明和與其等同的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種三維觸覺系統(tǒng)，包括CAD系統(tǒng)、三維成像系統(tǒng)、姿態(tài)探測(cè)系統(tǒng)、多自由度機(jī)械臂系統(tǒng)、觸覺呈現(xiàn)系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)，以及總控制系統(tǒng)一三維成像微處理器，所述姿態(tài)探測(cè)系統(tǒng)、多自由度機(jī)械臂系統(tǒng)、觸覺呈現(xiàn)系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)分別與三維成像微處理器之間通過總線接口連接，三維成像系統(tǒng)與三維成像微處理器之間通過射頻信號(hào)無(wú)線連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維觸覺系統(tǒng)，其特征在于，所述CAD系統(tǒng)用與處理三維虛擬空間的建模、碰撞檢驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)，并將信息傳輸給三維成像微處理器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維觸覺系統(tǒng)，其特征在于，所述三維成像系統(tǒng)接收來(lái)自三維成像微處理器的位置信息和形狀信息，并控制觸控呈現(xiàn)器的活動(dòng)桿伸縮，形成一定形狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維觸覺系統(tǒng)，其特征在于，所述三維成像系統(tǒng)包括控制模塊和觸覺呈現(xiàn)器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種三維觸覺系統(tǒng)，其特征在于，所述觸覺呈現(xiàn)器包括蒙皮3-1、活動(dòng)桿3-2、引導(dǎo)塊3-3，所述括蒙皮3-1為易變性材料；所述活動(dòng)桿3_2與氣缸或者液壓缸相連；活動(dòng)桿3-2頂端與括蒙皮3-1接觸，活動(dòng)桿3-2頂端可形成一定形狀的包絡(luò)面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維觸覺系統(tǒng)，其特征在于，所述三維成像系統(tǒng)為頭戴式三維成像儀。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維觸覺系統(tǒng)，其特征在于，所述多自由度機(jī)械臂系統(tǒng)為多自由度機(jī)器人，機(jī)器人手部安裝觸覺呈現(xiàn)系統(tǒng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維觸覺系統(tǒng)，其特征在于，所述姿態(tài)探測(cè)系統(tǒng)包括攝像機(jī)，形狀識(shí)別傳感器，位置傳感器，運(yùn)動(dòng)傳感器，其檢測(cè)穿戴者的移動(dòng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維觸覺系統(tǒng)，其特征在于，所述觸覺呈現(xiàn)器的形狀和位置與三維成像系統(tǒng)所在虛擬空間里所成像的形狀和位置重合。
10.根據(jù)權(quán)利要求1和10所述的一種三維觸覺系統(tǒng)，其特征在于，所述觸覺呈現(xiàn)器在使用者將要觸碰到虛擬空間里的物體的位置展現(xiàn)該位置的形狀。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種三維觸覺系統(tǒng)，使使用者在一個(gè)不存在的場(chǎng)景中能夠真真切切的看到，并觸摸到場(chǎng)景中的“物體”。本發(fā)明所提出的一種三維觸覺系統(tǒng)，包括CAD系統(tǒng)、三維成像系統(tǒng)、姿態(tài)探測(cè)系統(tǒng)、多自由度機(jī)械臂系統(tǒng)、觸覺呈現(xiàn)系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)，以及總控制系統(tǒng)--三維成像微處理器，所述姿態(tài)探測(cè)系統(tǒng)、多自由度機(jī)械臂系統(tǒng)、觸覺呈現(xiàn)系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)分別與三維成像微處理器之間通過總線接口連接，三維成像系統(tǒng)與三維成像微處理器之間通過射頻信號(hào)無(wú)線連接。
【IPC分類】G06F3-01
【公開號(hào)】CN104820492
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510194364
【發(fā)明人】馬濤, 楊學(xué)鋒, 蔡喜光, 顧杰, 李運(yùn)璽, 王呈敏
【申請(qǐng)人】濟(jì)南大學(xué)
【公開日】2015年8月5日
【申請(qǐng)日】2015年4月23日